Vortrag Kleben DVS BV Köln, Möglichkeiten und Grenzen oder Warum hält der Klebehaken nicht an der Wand?

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1 Kleben Möglichkeiten und Grenzen oder Warum hält der Klebehaken nicht an der Wand? Julian Band TechnologieCentrum Kleben TechnologieCentrum Kleben TC-Kleben GmbH Beraten - Kleben - Prüfen - Schulen - Zertifizieren Zugelassene Bildungsstätte des DVS als Klebtechnisches Zentrum Anerkannte Stelle gem. DIN 6701 für den Schienenfahrzeugbau Verbundpartner der GSI (Gesellschaft für Schweißtechnik International) 1

2 Quarks & Co Die Kunst des Klebens Sendung vom kg F = 9,81 m/s² * kg = N Max. Zugfestigkeit des Klebstoffs: σ max = 25 MPa A = F / σ max = 392,4 mm² kg Notwendiger Durchmesser des Hakens: D = 2,2 cm 2

3 Anforderungen an den Klebstoff Kohäsionskräfte (innere Festigkeit des Klebstoffs) Adhäsionskräfte (Haftung am Material) Typische Probleme beim Kleben Problem: Oberfläche Problem: Klebstoffvielfalt Problem: Klebstoffverarbeitung Problem: Arbeitsplatzgestaltung Problem: konstruktive Gestaltung 3

4 Benetzung (notwendige Voraussetzung für die Adhäsion) Benetzung ist die Fähigkeit von flüssigen Klebstoffen sich auf Oberflächen zu verteilen. Schlechte und gute Benetzung Oberflächenenergie mj / m² Oberflächenenergien Epoxidharz Eisen Nickel Chrom 50 Benetzbarkeit Aluminium Zink Kupfer 40 PVC Polyethylen Polypropylen Silicon Teflon Glas 0 Entscheidend für die Benetzung sind die Oberflächenenergien und spannungen und ausreichende Viskosität. 4

5 Ziele der Oberflächenbehandlung Um die Adhäsion zu verbessern Um die Langzeitstabilität zu verbessern durch Abtragen aller adhäsionsmindernden Schichten Modifikation der Oberfläche (Aktivieren) Oberflächenvorbereitung (Reinigung) Lösemittelreinigung Alkohole (Isopropanol,...) Alkane (Hexan, Pentan,...) Ester Ketone (Butanon, Aceton,...) wässrige Reinigung mittels Tenside 5

6 Mechanische Oberflächenbehandlung z. B. Schleifen, Strahlen, Bürsten Reinigungseffekt Entfernung der Oxidschichten Vergrößerung der Oberfläche durch Vergrößerung der Benetzungsfläche Aktivieren der Oberfläche Bildung eines Triboplasmas aufgrund der hohen Energie Primer Aufbau einer optimalen evtl. sogar chemische Bindung des Klebstoffs an Oberfläche mittels einer molekularen Funktionsschicht Haftung verbessern Alterungsbeständigkeit erhöhen Oberflächenzustand konservieren Molekulare Haftvermittlerschicht zwischen Klebstoff und Fügeteiloberfläche 6

7 CH CH 2 OH CH CH 2 OH Primer Ausbildung chemischer Bindungen Polymere OH Si O Si OH R 2 R 2 NH O O O O O NH Haftvermittler Fügeteil Typische Probleme beim Kleben Problem: Oberfläche Problem: Klebstoffvielfalt Problem: Klebstoffverarbeitung Problem: Arbeitsplatzgestaltung Problem: konstruktive Gestaltung 7

8 Problem: was nehmen? 8

9 Problem: was nehmen? Einteilung der Klebstoffe Reaktionsklebstoffe Durch chemische Reaktionen (Poly-Reaktionen) entstehen aus Monomeren Polymere Abbindende Klebstoffe Polymere sind fertig und verfestigen sich durch einen physikalischen Prozess 9

10 Reaktionsklebstoffe Polyaddition: Epoxidharze Polyurethane Polykondensation: Silicone MS-Polymere Phenolharze Polyimide Polysulfide Polymerisation: Klebstoffe 2-K-Acrylate Sekundenklebstoffe Anaerobe Klebstoffe Strahlungshärtende Polyesterharze Einteilung der Klebstoffe Abbindende Klebstoffe Durch Erstarrung: Schmelzklebstoffe Durch Abdampfung: Lösemittelklebstoffe Dispersionsklebstoffe Kontaktklebstoffe Dauerhaft klebrige: Haftklebstoffe Butylkautschuke Anforderungen an den Klebstoff An die Füge-Materialien - ausreichende Haftung (Adhäsion) An die Gebrauchseigenschaften - ausreichende Festigkeit - ausreichende Elastizität - ausreichende Wärmestabilität - ausreichende Alterungsbeständigkeit An den Prozess - ausreichende Verarbeitungszeit - ausreichende Aushärtegeschwindigkeit - ausreichende Vorbehandlung 10

11 Typische Probleme beim Kleben Problem: Oberfläche Problem: Klebstoffvielfalt Problem: Klebstoffverarbeitung Problem: Arbeitsplatzgestaltung Problem: konstruktive Gestaltung Manuelle Gebinde bei 2-Komponenten-Verarbeitung 11

12 Härtungszeit 100 % Festigkeit 0 % Topfzeit Gelpunkt Handfestigkeit Zeit Endfestigkeit Typische Probleme beim Kleben Problem: Oberfläche Problem: Klebstoffvielfalt Problem: Klebstoffverarbeitung Problem: Arbeitsplatzgestaltung Problem: konstruktive Gestaltung 12

13 Problem: Sauberkeit Problem: mangelnde Sorgfalt am Arbeitsplatz 13

14 Problem: unbesonnener Umgang mit Klebstoffen Problem: Silicon (-öle) 14

15 Problem: Silicon (-öle) Typische Probleme beim Kleben Problem: Oberfläche Problem: Klebstoffvielfalt Problem: Klebstoffverarbeitung Problem: Arbeitsplatzgestaltung Problem: konstruktive Gestaltung 15

16 Beispiel: Festigkeit Beispiel: Festigkeit Zug- und Scherspannungen (σ, τ) Last F Drehmoment M M max = W σ max W = 1/6 b h² 16

17 Konstruktionsbeispiele: Stoß M b F F M b Probleme: Biegung, geringe Klebfläche, Zugspannungen Besser Überlappung: größere Klebfläche, Schubspannungen Quelle: Habenicht TC-Kleben Konstruktionsbeispiele: Eckverbindungen Quelle: Habenicht TC-Kleben 17

18 Konstruktionsbeispiele: Rohrverbindungen Quelle: Habenicht TC-Kleben 18

19 Schadensfall: Mischverbindung Glas-Tischplatte Auflageplatte Klebstoff Al-Fuß 19

20 T=60 C Problem: Eigenspannungen 0,9 m Glas-Tischplatte Sonneneinstrahlung: Oberflächentemperatur 40 C 0,2 m 20

21 Problem: Eigenspannungen Glas, α Glas = 4 x 10-6 K -1 l 0 = 0,2 m Aluminium, α Al = 23 x 10-6 K -1 l = ½ * ( l Al l Glas ) Der Klebstoff muss die unterschiedlichen Ausdehnungen kompensieren l Glas l Al l l Al = l 0 * α Al * T l Glas = l 0 * α Glas * T Problem: Eigenspannungen Sonneneinstrahlung: Oberflächentemperatur 40 C l = 38 µm l bei einer Klebschichtdicke von d = 0,1 mm d Gleitung = 38 % (Gleitung: Verhältnis Verschiebung/Klebschichtdicke) Gleitfähigkeit des Klebstoffs laut Datenblatt: 20 % 21

22 Problem: Verfugung Problem: Verfugung 22

23 Problem: Verfugung ε = l / l 0 ε = 25 % von 4 mm auf 5 mm ε = 100 % von 1 mm auf 2 mm Vielen Dank für die Aufmerksamkeit Quelle: 23

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